MiniGUI 的軟件架構(gòu)

4.1 基于 MiniGUI 的嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
為什么 MiniGUI 能夠在如此眾多的嵌入式操作系統(tǒng)上運行？這是因為 MiniGUI 具有良好的軟件
架構(gòu)，通過抽象層將 MiniGUI 上層和底層操作系統(tǒng)隔離開來。如圖 4.1 所示，基于 MiniGUI 的應(yīng)用程序一般通過 ANSI C 庫、操作系統(tǒng)和驅(qū)動程序接口以及 MiniGUI 自身提供的 API 來實現(xiàn)自己的功能；MiniGUI 中的“可移植層”可將特定操作系統(tǒng)及底層硬件的細節(jié)隱藏起來，而上層應(yīng)用程序則無需關(guān)心底層的硬件平臺輸出和輸入設(shè)備。

圖 4.1 MiniGUI 和嵌入式操作系統(tǒng)的關(guān)系
另外，MiniGUI 特有的運行模式概念，也為跨操作系統(tǒng)的支持提供了便利。
4.2 MiniGUI 運行模式
如前所述，和 Linux 這樣的類 UNIX 操作系統(tǒng)相比，一般意義上的傳統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)具有一些
特殊性。舉例而言，諸如 uClinux、uC/OS-II、eCos 等操作系統(tǒng)，通常運行在沒有 MMU（內(nèi)存管理單元，用于提供虛擬內(nèi)存支持）的 CPU 上；這時，往往就沒有進程的概念，而只有線程或者任務(wù)的概念，這樣，MiniGUI 的運行環(huán)境也就大相徑庭。因此，為了適合不同的操作系統(tǒng)環(huán)境，我們可將MiniGUI 配置成三種不同的運行模式：
?? MiniGUI-Threads。運行在 MiniGUI-Threads 上的程序可以在不同的線程中建立多個窗口，
但所有的窗口在一個進程或者地址空間中運行。這種運行模式主要用來支持大多數(shù)傳統(tǒng)意義上
的嵌入式操作系統(tǒng)，比如 VxWorks、ThreadX、Nucleus、OSE、pSOS、uC/OS-II、eCos
等等。當(dāng)然，在 Linux 和 uClinux 上，MiniGUI 也能以 MiniGUI-Threads 的模式運行。
?? MiniGUI-Processes5。和 MiniGUI-Threads 相反，MiniGUI-Processes 上的每個程序是單獨的進程，每個進程也可以建立多個窗口，并且實現(xiàn)了多進程窗口系統(tǒng)。MiniGUI-Processes 適合于具有完整 UNIX 特性的嵌入式操作系統(tǒng)，比如嵌入式 Linux。該運行模式在 MiniGUI
V2.0.x 中提供，有關(guān)該模式的詳細介紹將在下面闡述。
?? MiniGUI-Standalone。這種運行模式下，MiniGUI 可以以獨立任務(wù)的方式運行，既不需要多線
程也不需要多進程的支持，這種運行模式適合功能單一的應(yīng)用場合。比如在一些使用 uClinux
的嵌入式產(chǎn)品中，因為各種原因而缺少線程支持，這時，就可以使用 MiniGUI-Standalone 來
開發(fā)應(yīng)用軟件。
一般而言， MiniGUI-Standalone 模式的適應(yīng)面最廣， 可以支持幾乎所有的操作系統(tǒng)6 ；
MiniGUI-Threads 模式的適用面次之，可運行在支持多任務(wù)的實時嵌入式操作系統(tǒng)，或者具備完整
UNIX 特性的普通操作系統(tǒng)；MiniGUI-Processes 模式的適用面較小，它僅適合于具備完整 UNIX 特性的嵌入式操作系統(tǒng)，比如 Linux。
但不論采用哪種運行模式，MiniGUI 為上層應(yīng)用軟件提供了最大程度上的一致性；只有少數(shù)幾個
涉及初始化的接口在不同運行模式上有所不同。
4.2.1 MiniGUI-Processes 運行模式
MiniGUI-Processes 運行模式是 MiniGUI V2.0.x 在 MiniGUI-Lite 運行模式基礎(chǔ)上為具有多進程
支持的嵌入式操作系統(tǒng)提供的。MiniGUI V1.6.x 及以前版本為具有多進程特性的 Linux 操作系統(tǒng)提供MiniGUI-Lite 運行模式，使之在高效的客戶/服務(wù)器架構(gòu)之上運行多個客戶進程，從而充分利用進程地址空間保護這樣的高級特性，有了這樣的特性，可大大提高基于 MiniGUI 的嵌入式系統(tǒng)的靈活性、穩(wěn)定性以及可擴展性。比如，我們可以在 MiniGUI-Lite 上運行多個 MiniGUI 客戶進程，而單個進程的異常退出，不會影響其他的 MiniGUI 客戶進程。而且在這種架構(gòu)之上，我們可以非常方便地集成第三方應(yīng)用程序。其實，這也是許多嵌入式設(shè)備開發(fā)商采用 Linux 操作系統(tǒng)的重要理由。
但是，MiniGUI-Lite 運行模式雖然提供了多進程支持，但無法同時管理來自不同進程間的窗口，
因此，MiniGUI-Lite 用層的概念將不同的進程之間的窗口區(qū)分開來。這種實現(xiàn)方法雖然可適用于大多數(shù)屏幕分辨率較小的嵌入式設(shè)備，但仍然給應(yīng)用程序的開發(fā)帶來了不便。
MiniGUI V2.0 則徹底解決了上述問題。MiniGUI V2.0 在 MiniGUI-Lite 運行模式基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了
完整的多進程環(huán)境中的窗口系統(tǒng)，來自不同進程的窗口可以在同一桌面上協(xié)調(diào)存在。圖 4.2 給出了
MiniGUI V1.6.x 的 MiniGUI-Lite 運行模式及 MiniGUI 2.0.x 的 MiniGUI-Processes 運行模式在運行相同應(yīng)用程序情況下的界面效果。

圖 4.2 MiniGUI V1.6.x 的 MiniGUI-Lite 運行模式及 MiniGUI 2.0.x 的 MiniGUI-Processes 運行模式圖 4.2 中，第一個屏幕運行了 vcongui 和推箱子游戲這兩個客戶進程。可以看到，我們在運行推箱子程序之后，就看不到 vcongui 程序了；第二個屏幕運行 vcongui、picview 和推箱子游戲這三個客戶進程，但我們可在桌面上看到所有的客戶進程窗口。
相比 MiniGUI-Lite，MiniGUI-Processes 運行模式具有明顯的優(yōu)勢。這使得 MiniGUI 不僅可適用
于傳統(tǒng)的嵌入式操作系統(tǒng)（MiniGUI-Threads），還可適用于具有多進程特性的嵌入式操作系統(tǒng)，比如Linux 操作系統(tǒng)。另外，MiniGUI-Processes 也保留了 MiniGUI-Lite 的層概念，用戶可以將來自不同客戶進程的窗口放到不同的層中，從而實現(xiàn)類似 X Window 那樣的工作區(qū)。有了 MiniGUI-Processes運行模式，MiniGUI 的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑦M一步擴大，不僅可用于高端的嵌入式設(shè)備，還可能用于桌面環(huán)境。
4.2.2 各操作系統(tǒng)上可運行的 MiniGUI 運行模式
表 4.1 給出了 MiniGUI V2.0.x 和 V1.6.x 在各操作系統(tǒng)上可支持的運行模式。
表 4.1 MiniGUI 在操作系統(tǒng)上的運行模式

4.3 窗口系統(tǒng)
在 MiniGUI 中窗口組織為層次體系結(jié)構(gòu)的形式。根窗口作為所有窗口的祖先，除了根窗口以外的
所有窗口都有父窗口，每一個窗口都可能有子窗口、兄弟窗口、祖先窗口和子孫窗口等。在同一級的窗口可以重疊，但是某個時刻只能有一個窗口輸出到重疊區(qū)域。

MiniGUI 中有三種窗口類型：主窗口、對話框和控件窗口（子窗口）。主窗口通常包括一些子窗口，
這些子窗口通常是控件窗口，也可以是自定義窗口類。應(yīng)用程序還會創(chuàng)建其它類型的窗口，例如對話框
和消息框。對話框本質(zhì)上就是主窗口，應(yīng)用程序一般通過對話框提示用戶進行輸入操作。
4.4 通訊機制
MiniGUI 下的通訊是一種類似于 Win32 的消息機制，對于運行在線程模式的 MiniGUI 版本，線
程間的消息傳遞模型如下圖所示，其中的 Desktop 線程充當(dāng)一個微服務(wù)器，所有的消息在 Event 線程獲取出來以后就會投遞給 Desktop 線程，然后再分發(fā)到目的應(yīng)用程序主窗口上面，如圖 4.3 所示。

對于運行在進程版的 MiniGUI 來說，應(yīng)用程序的消息傳遞則通過套接字來進行，相應(yīng)的處理模型
如圖4.4 所示。

圖 4.4 MiniGUI-Processes 運行模式的消息通訊機制

4.5 字體
MiniGUI 提供了對點陣字體及矢量字體的支持，到目前為止，MiniGUI 已經(jīng)實現(xiàn)了對 RBF 和
VBF 字體（這是 MiniGUI 定義的兩種點陣字體格式），以及 TrueType 和 Adobe Type1 字體等的支持。同時 MiniGUI 還提供了對 QPF（Qt Pre-rendered Fonts）字體的支持。同時，MiniGUI 可以對點陣字體進行自動放大處理，并可針對電視等特殊顯示設(shè)備實現(xiàn)防鋸齒功能。
目前 MiniGUI 支持 ISO8859-1～ISO8859-15、GB2312、GBK、GB18030、BIG5、EUC-JP、Shift-JIS、EUC-KR、UNICODE（UTF-8、UTF-16 編碼）等字符集。
4.6 輸入設(shè)備的支持
MiniGUI 支持各種通用的鼠標(biāo)設(shè)備，對觸摸屏的支持也非常出色，并針對觸摸屏的校正為用戶提
供了校正接口。
MiniGUI 支持最多含 255 個鍵的各種鍵盤。此外，MiniGUI 還提供了對多種鍵盤布局的支持，除
支持常見的美式 PC 鍵盤布局之外，還支持法語、德語等西歐語種的鍵盤布局。
除了常見的輸入設(shè)備類型，如 PC 鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏之外，MiniGUI 的輸入抽象層機制也允許
支持遙控器、小鍵盤、按鍵等特殊的輸入設(shè)備。
4.7 輸入法
輸入法是 MiniGUI 為支持中文、韓文、日文等多字節(jié)字符集而引入的機制，和 Windows 系統(tǒng)下
的輸入法類似，輸入法通常以頂層窗口的形式出現(xiàn)，并截獲系統(tǒng)中的按鍵信息，經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚恚瑢⒎g之后的字符發(fā)送到當(dāng)前活動窗口。MiniGUI 提供了多種輸入法的支持，其中包括內(nèi)碼、全拼、智能拼音、五筆及自然碼等輸入法。此外，在 MiniGUI 獨立的輸入法組件 mGi 中，還為用戶提供了軟鍵盤輸入法及手寫輸入法的框
架。

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